Práctica 3 Redes de Computadores Ethernet Red de enlace directo con control de acceso al medio Objetivos Esta práctica muestra el funcionamiento de una red Ethernet. Las simulaciones propuestas permitirán observar las prestaciones de una red Ethernet bajo diferentes escenarios. Descripción Ethernet es un ejemplo de red con tecnología Carrier Sense, Multiple Access with Collision Detect (CSMA/CD). Ethernet es una red de acceso múltiple, lo que significa que múltiples nodos mandan y reciben tramas sobre un enlace único compartido. El término Carrier Sense en CSMA/CD significa que todos los nodos pueden distinguir entre enlace libre y ocupado. Colision Detected significa que un nodo escucha mientras transmite y sabe si su trama esta colisionando con otra trama de otro nodo. Ethernet se dice que es un protocolo 1-persistente porque un nodo que desee transmitir lo hará con probabilidad 1 (suceso seguro) en cuanto detecte el canal libre. En esta práctica de laboratorio simularemos una Ethernet con 14 nodos conectados vía una conexión coaxial en topología de bus. La velocidad de transmisión en la conexión coaxial es de 10 Mbps. Se estudiará cómo el rendimiento de la red se ve afectado por la carga de la red así como por el tamaño de los paquetes. 1
Pasos Crear un Proyecto Nuevo Crear la Red Para crear un proyecto nuevo para la red de Ethernet: 1. Ejecutar OPNET IT Guru Academic Edition => Seleccionar New del menú File. 2. Seleccionar Project => Clic OK => Nombre del proyecto <Sus_iniciales>_Ethernet, y el escenario Coax => Clic OK. 3. En el Startup Wizard: En la ventana de diálogo Initial Topology, asegurarse de Create Empty Scenario está seleccionado => Clic Next => Elegir Office de la lista Network Scale => Clic Next => Asignar 200 a X Span y mantener Y Span con 100 => Clic Next dos veces => Clic OK. 4. Cerrar la ventana de diálogo Object Palette. Para crear la Red Ethernet coaxial 1. Seleccionar Topology => Rapid Configuration. Elegir Bus y Clic OK. 2. Clic en el botón Select Models en la ventana de diálogo Rapid Configuration. Desde el menú desplegable Model List elegir ethcoax y Clic OK. 3. En la ventana de diálogo Rapid Configuration, fijar los siguientes 8 valores y pulsar OK. 2
4. Para configurar el bus coaxial, Clic-derecho en el enlace horizontal Seleccionar Advanced Edit Attributes del menú: a. Clic en el valor (value) del atributo model Seleccionar Edit del menú desplegable Elegir el modelo eth_coax_adv. b. Asignar el valor 0,05 al atributo delay (retardo de propagación en seg/m). c. Asignar 5 al atributo thickness. d. Clic OK. 5. Ya se ha creado la red. Compare con el dibujo de abajo. 6. Salvar el proyecto. 3
Configurar los nodos de la red Configuración del tráfico generado por los nodos 1. Clic-derecho en cualquiera de los 30 nodos Select Similar Nodes. Ahora todos los nodos de la red están seleccionados. 2. Clic-derecho en cualquiera de los 30 nodos Edit Attributes. 3. Marcar la caja Apply Changes to Selected Objects. Esto es importante para evitar configurar cada nodo individualmente. 4. Expandir el árbol Traffic Generation Parameters: a) Cambiar el valor ON State Time a exponential(100) Cambiar el valor de OFF State Time a exponential(0). (Nota: Los paquetes solo se generan en el estado ON.) 5. Expandir el árbol Packet Generation Arguments: a) Cambiar el valor del atributo Packet Size a constant(1024). b) Clic-derecho en el atributo Interarrival Time y elegir Promote Attribute to Higher Level. Esto nos permite asignar múltiples valores al atributo Interarrival Time y por lo tanto probar las prestaciones de la red bajo diferentes modelos de carga 6. Clic OK para volver al Editor de Proyectos. 7. Salvar el proyecto. 4
Configurando la simulación Para examinar el desempeño de la red bajo cargas diferentes, usted necesita correr la simulación varias veces cambiando la carga en la red. Hay una manera fácil de hacer eso. Recuerde que utilizamos el atributo Interarrival Time (tiempo entre llegadas) para la generación de paquete. Aquí asignaremos valores diferentes a ese atributo: 1. Clic en el botón Configure/Run Simulation: 2. Asegurarse que está seleccionada la pestaña Common Asignar 15 segundos a Duration. 5
3. Clic en la pestaña Object Attributes. 4. Clic en el botón Add. La ventana de diálogo Add Attribute debe aparecer llena con los atributos generados para todos los nodos de la red (si no viera los atributos en la lista, cierre el proyecto y reábralo). Necesita añadir el atributo Interarrival Time para todos los nodos. Para hacerlo: a. Clic en el primer atributo de la lista (Office Network.node_0.Traffic Generation.) Clic en el botón Wildcard Clic en node_0 y seleccione asterisco (*) del menú desplegable Clic OK. b. Verá un nuevo atributo conteniendo el asterisco (el segundo de la lista). Para configurarlo necesita hacer Clic en la celda bajo la columna Add? c. La ventana de diálogo Add Attribute debe parecerse a la siguiente. Clic OK. 5. Ahora debe ver Office Network.*.Traffic Generation Parameter en la lista de atributos de objetos de simulación. Clic en el atributo para seleccionarlo Clic el botón Values en la ventana de diálogo. 6. Añadir los siguientes 9 valores. (Nota: Para añadir el primer valor, doble-clic en la primera celda de la columna Value Teclee exponential (2) en la ventana de texto y pulse Enter. Repetir esto para los 9 valores.) Problema: En algún ordenador, por razón desconocida, el simulador no interpreta bien valores del tipo 0, (cero coma) ó 0. (cero punto) de tal manera que p.e. exponential (0,5) lo interpreta como exponential (0). Esto produce un problema en tiempo de ejecución de la simulación puesto que una tasa de generación de tráfico exponential (0) quiere decir que el nodo inyecta paquetes, uno tras otro, con tiempo entre paquetes igual a 0. Este escenario es imposible y no tiene solución. El simulador empieza a tomar memoria y el proceso termina por dar un error por desbordamiento de memoria (Windows no es capaz de asignar más de 2GB de memoria virtual al simulador). Solución conocida: El simulador tambien acepta notación científica y no da este problema. Así, si nos da problema exponential (0.5) podemos poner exponential (5E-1) 6
7. Clic OK. Ahora observe en la esquina superior derecha de la ventana de diálogo y asegúrese que Number of runs es 9. 8. Para cada una de las 9 ejecuciones de la simulación, necesitamos que el simulador salve un valor scalar que representa la carga media average en la red y otro valor escalar que representa la utilización media (throughput) de la red. Para salvar esos escalares necesitamos configurar el simulador e indicarle donde debe salvarlos. Clic en la pestaña Advanced en la ventana de diálogo Configure Simulation... 9. Assigne <sus iniciales>_ethernet_coax al campo de texto Scalar file. 10. Clic OK y salve el proyecto. 7 7
Selección de estadíticas Para seleccionar las estadísticas a recoger de la simulación: 1. Clic-derecho en cualquier punto del área de trabajo (pero no en algún nodo o enlaces) y seleccione Choose Individual Statistics del menú desplegable => Expanda el árbol Global Statistics. a. Expanda el árbol Traffic Sink => Clic en la check box próxima a Traffic Received (packets/sec) (asegurese de seleccionar las estadísticas con unidades en packets/sec), b. Expanda el árbol Traffic Source => Clic el check box próximo a Traffic Sent (packets/sec). c. Clic OK. 2. Ahora para recoger la media de las estadísticas anteriores como un valor escalar: a b c Seleccionar Choose Statistics (Advanced) del menú Simulation. Traffic Sent y Traffic Received deben aparecer bajo Global Statistic Probes. Clic-derecho en Traffic Received => Edit Attributes. Poner el atributo scalar data a enabled => Poner el atributo scalar type a time average => Comparar con la figura y Clic OK. d Repetir los pasos anteriores con Traffic Sent. e f Seleccione save del menú File en la ventana Probe Model y ciérrela. Ahora a vuelto al editor de proyectos Project Editor. Asegúrese de salvar su proyecto. 8
Ejecutando la simulación Para ejecutar la simulación: 1. Clic en el botón Configure/Run Simulation => Asegúrese que Duration marca 15 second(s) (no horas) => Clic Run. Dependiendo de la potencia del ordenador esto puede tardar algunos minutos 2. Ahora el ordenador está realizando las 9 ejecuciones, una por cada tasa de generación de tráfico. Es normal que las ejecuciones tarden cada vez más porque la primera es la de menor carga y se va incrementando hasta llegar a la última que simula un mayor tráfico. 3. Después de que el simulador termine las nueve ejecuciones, clic Close. 4. Salve su proyecto. Si vuelve a repetir la simulación, OPNET IT Guru añadirá los nuevos resultados a los resultados ya existentes en el fichero escalar. Para evitar esta circunstancia borre el fichero escalar antes de arrancar la nueva simulación. Ir al menú File => Seleccione Model Files => Delete Model Files => Seleccione (.os): Output Scalars => Selecione el fichero escalar a borrar; (<your initials>_ethernet_coax_scalar) => Confirmar borrado con OK =>Clic Close. 9
Viendo los resultados Para ver y analizar los resultados: 1. Seleccionar View Results (Advanced) del menú Results:. Ahora se abre la herramienta de Analysis Configuration. 2. Recuerde que los resultados de la simulación los salvamos en un fichero escalar. Para cargar ese fichero seleccione Load Output Scalar File del menú File Seleccione <sus iniciales>_ethernet-coax del menú desplegable. 3. Seleccione Create Scalar Panel del menú Panels Asignar Traffic Source.Traffic Sent (packets/sec).average a Horizontal Asignar Traffic Sink.Traffic Received (packets/sec).average a Vertical Clic OK. 4. El gráfico resultante debe ser similar a este 10
Bibliografía OPNET Ethernet Model Description: Del menú Protocols, seleccione Ethernet Model Usage Guide. Cuestiones 1) Explicar el gráfico obtenido en la simulación que muestra la relación entre paquetes recibidos (throughput) y enviados (carga). Por qué el throughput es bajo cuando la carga es muy baja o muy alta? 2) Crear tres duplicados del escenario de simulación implementado en esta práctica. Llame a los escenarios Coax_Q2a, Coax_Q2b y Coax_Q2c. Establecer el atributo Interarrival Time en Packet Generation Arguments para todos los nodos de la siguiente manera - Coax_Q2a scenario: exponential(0.1) - Coax_Q2b scenario: exponential(0.05) - Coax_Q2c scenario: exponential(0.025) En los nuevos escenarios, abrir la ventana de diálogo Configure Simulation y desde Object Attibutes borrar el atributo multiple-value (el único atributo de la lista). Seleccionar las siguientes estadísticas para el nodo 0: Ethcoax Collision Count. Asegurarse que las siguientes estadísticas globales están seleccionadas: Global Statistics Traffic Sink Traffic Received (packet/sec). (Consultar la sección Selección de estadísticas ). Ejecutar la simulación para los tres nuevos escenarios. Obtendrá dos gráficos: uno que muestra el número de colisiones del nodo 0 en los tres escenarios y el otro que muestra el tráfico recibido en los tres escenarios. Explique los gráficos y comente los resultados (Nota: Para comparar resultados necesita seleccionar Compare Results del menú Results una vez terminada la simulación) 3) Para estudiar el efecto del número de estaciones sobre el segmento Ethernet en las prestaciones, crear un duplicado del escenario Coax_Q2c que creó en la Cuestión-2. Denomine al nuevo escenario Coax_Q3. En el nuevo escenario borre los nodos con numeración impar (nodos 1, 3, 5, total 15 nodos borrados). Ejecute la simulación sobre el nuevo escenario. Cree un gráfico que compare el contador de colisiones del nodo 0 en los escenarios Coax_Q2c y Coax_Q3. Explique el gráfico y comente los resultados. 4) En las simulaciones se ha usado un paquete (trama) de tamaño 1024 byte (Nota: Una trama Ethernet puede contener hasta 1500 bytes de datos). Para estudiar el efecto del tamaño del paquete sobre el throughput de la Ethernet crearemos un duplicado del escenario Coax_Q2c de la Cuestión-2. Llame al nuevo escenario Coax_Q4. En el nuevo escenario utilice un tamaño de paquete de 512 bytes (para todos los nodos). Seleccione las siguientes estadísticas globales para ambos escenarios: Global Statistics Traffic Sink Traffic Received (bits/sec). Ejecute las simulaciones de ambos escenarios. Cree un gráfico que compare el throughput como packets/sec y otro gráfico que compare el throughput como bits/sec en los escenarios Coax_Q2c y Coax_Q4. Explique los gráficos y comente los resultados. 11